Signalen zijn meetbare hoeveelheden in een fysiek systeem die binnen het systeem worden geproduceerd. Deze kunnen worden weergegeven in de vorm van digitaal verkregen grafieken.
Het classificeren van signalen kan onder verschillende lenzen. Het kan worden gedaan in termen van continuïteit (continu versus discreet), periodiciteit (periodiek versus aperiodiek), waarschijnlijkheid (deterministisch versus willekeurig), stationariteit (stationair versus niet-stationair) enz.
Een signaal kan ook worden behandeld als een waarneming of de registratie van een voorval. Stationariteit is een manier om de kenmerken van het signaalgenererende proces te beschrijven, wat ons verder twee categorieën geeft.
Stationaire versus niet-stationaire signalen
Het verschil tussen stationaire en niet-stationaire signalen is dat de eigenschappen van een stationair processignaal niet veranderen met de tijd, terwijl een niet-stationair signaal proces niet consistent is met de tijd.
Spraak kan worden beschouwd als een vorm van niet-stationaire signalen. Andere synthetische vormen van signalen zijn driehoekig, golvend enz. Er zijn verschillende benaderingen bedacht en gebruikt om spraaksignalen te begrijpen.
Vergelijkingstabel tussen stationaire en niet-stationaire signalen (in tabelvorm)
| Vergelijkingsparameter: | Stationaire signalen | Niet-stationair |
|---|---|---|
| Tijd | De tijdsperiode voor het stationaire signaal blijft te allen tijde constant. | De tijdsperiode voor een niet-stationair signaal varieert met de tijd en is niet constant. |
| Frequentie | De frequentie van een stationair signaal blijft gedurende het hele proces constant | De frequentie van een niet-stationaire golf verandert voortdurend tijdens het proces. |
| Spectrale inhoud | Spectrale inhoud voor stationaire signalen zijn constant | Spectrale inhoud is dynamisch en blijft veranderen in het geval van het niet-stationaire signaal. |
| Fourier-vergelijking | Fourier-transformatie is goed in het weergeven van stationaire signalen | Fourier-transformatie is niet goed in het representeren van niet-stationaire signalen. |
| Voorbeelden | Single-tone sinusgolf constante frequentie, Multitone sinusgolf van constante frequentie | Spraaksignalen, Multitone sinusgolf van gevarieerde frequentie |
Wat zijn stationaire signalen?
Een stationair signaal is een signaalgolf die wordt gegenereerd door de tijdsperiode en de spectrale inhoudswaarde constant te houden. Via een software- of functiegenerator kan een stationair signaal als sinusgolf worden gegenereerd.
Kenmerkend voor een dergelijk signaal is dat de frequentie overal constant blijft.
Stationariteit verklaart in feite het gedrag van een signaalgolf in termen van frequentie en tijdsrelatie. Hier wordt, als de frequentie van de sinusgolf verandert, een geheel nieuwe golf bedacht, die dus niet meer stationair zal blijven.
Stationariteit kan echter ook in meertonige sinusgolven worden gehandhaafd, als de frequentie constant blijft. Zowel singleton als multitone sinusgolven met constante frequentie zijn daarom voorbeelden van stationaire signalen. Beide kunnen worden weergegeven door twee verschillende vergelijkingen.
Het is belangrijk op te merken dat hoewel er een gevarieerd aantal frequentiecomponenten is in een meertonige sinusgolf. Het signaal is stationair als de frequentie van de genoemde componenten niet met de tijd verandert.
Andere voorbeelden van stationaire signalen zijn;
Wat zijn niet-stationaire signalen?
In eenvoudige bewoordingen is een niet-stationair signaal een signaal onder een omstandigheid waarin de fundamentele veronderstellingen die een stationair signaal definiëren niet langer geldig zijn. Dit betekent dat een niet-stationair signaal het soort signaal is waarbij tijdsperiode, frequentie niet constant maar variabel zijn.
De sinusgolfrepresentatie van een niet-stationaire vergelijking verandert dus voortdurend. De spectrale inhoud van dergelijke signalen is ook niet constant. Daarom is het karakteristieke kenmerk van niet-stationaire golven de frequentie, die constant verandert tussen intervallen.
Spraaksignalen zijn natuurlijke signalen die niet-stationair van aard zijn, maar ze zijn veel complexer en verschillen enigszins van niet-stationaire meertonige sinusgolven.
Ten eerste kunnen er in het geval van spraaksignalen meerdere frequentiecomponenten zijn, binnen een bepaald tijdsinterval.
Ten tweede kan het interval zelf extreem kort zijn, minder dan 10-30 msec in vergelijking met 250 msec.
Daarom zouden er in het geval van een spraaksignaal meerdere sets frequentie-inhouden zijn, en deze inhoud zal waarschijnlijk dynamisch veranderen met betrekking tot de tijd.
Daarom zijn de statistische parameters variabel in het geval van niet-stationaire signalen.
Belangrijkste verschillen tussen stationaire en niet-stationaire signalen
Gevolgtrekking
Het systeem van signalen kan worden ingedeeld in termen van verschillende criteria. Stationariteit verklaart het gedrag van een signaalgolf in termen van de tijdsperiodefunctie. Het belangrijkste verschil tussen een stationair signaal en een niet-stationair signaal kan worden gezien in termen van de sinusgolfvergelijking. Het stationaire signaal zou de tijdsperiode, frequentie en spectrale inhoud constant hebben, terwijl in de niet-stationaire signalen al deze fundamentele aannames niet geldig zijn.
De twee categorieën signaleringssystemen zijn bedacht door Fourier-analyse, maar het is opgevallen dat de methode zijn eigen beperkingen heeft en dat het begrijpen van de verwerking van niet-stationaire signalen meer specifieke hulpmiddelen vereist.
